วัสดุกันความร้อนแบบใหม่ ได้รับแรงบันดาลใจจาก "ผิวหนังอูฐ"

โดยปกติแล้วผิวหนังของคนเราจะระบายความร้อนด้วยการขับเหงื่อ เหงื่อที่มีลักษณะเป็นหยดน้ำเมื่อระเหย จะช่วยให้ร่างกายเย็นลง หากแต่มันสามารถอยู๋ได้เพียงชั่วระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น เมื่อเหงื่อจางหายไปเราก็จะกลับมาร้อนเหมือนเดิม

ที่มาของภาพ https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30494-3

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน MIT จึงได้ทำการศึกษาผิวหนังของอูฐในทะเลทราย พบว่าแผงขนของพวกมันกลับมีคุณสมบัติพิเศษอย่างหนึ่งคือ การเป็นฉนวนกันความร้อนที่แก๊สสามารถระเหยออกไปได้ พูดง่าย ๆ คือแผงขนของอูฐจะดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อมได้น้อย ในขณะที่ไอน้ำจากเหงื่อยังคงระเหยออกได้อยู่ ดังนั้นอุณหภูมิบนผิวหนังโดยรวมจึงเย็นลงได้ดีและนานกว่าผิวหนังทั่วไป

นักวิทยาศาสตร์จาก MIT ได้จำลองชั้นผิวหนังของอูฐทะเลทรายขึ้นมา โดยใช้แผ่นไฮโดรเจลซึ่งมีส่วนประกอบหลักเป็นน้ำทำหน้าที่เป็นผิวหนัง ส่วนแอโรเจลชั้นบนจะทำหน้าที่เป็นแผงขนกันความร้อน เมื่อผิวหนังจำลองนี้ถูกแสงแดด ไฮโดรเจลที่อยู่ชั้นล่างจะดูดซับความร้อน และเริ่มระเหยกลายเป็นไอเพื่อลดอุณหภูมิของผิวหนัง ขณะเดียวกันชั้นแอโรเจล ซึ่งเป็นสารที่นำความร้อนได้ไม่ดี จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันไม่ให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้น ดังนั้น อุณหภูมิโดยรวมของชั้นผิวหนังจึงเย็นลงเช่นเดียวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในอูฐ

ที่มาของภาพ https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30494-3

จากการทดลองพบว่า ชั้นผิวหนังจำลองขนาด 5 มิลลิเมตร สามารถลดอุณหภูมิลงได้ราว ๆ 7 องศาเซลเซียส ในห้องที่มีอุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส โดยชั้นไฮโดรเจลจะใช้เวลาทั้งหมด 40 ชั่วโมงเพื่อระเหยกลายเป็นไอจนหมด แต่อุณหภูมิของผิวหนังจำลองนี้ยังคงอยู่ได้นานถึง 200 ชั่วโมง (คือยังสามารถคงอุณหภูมิ 23 องศาเซลเซียสไว้ได้) แม้ว่าน้ำในแผ่นไฮโดรเจลจะสลายไปจนหมดแล้ว

ชุดผิวหนังจำลองกันความร้อนนี้ อาจมีประโยชน์ในการขนส่งวัสดุทางการแพทย์หรืออาหารที่ต้องรักษาอุณหภูมิให้คงที่ การเลือกใช้ไฮโดรเจลมีข้อดีคือ เมื่อมันระเหยไปจนหมด เราสามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่ด้วยการเติมน้ำเข้าไปบนแผ่นไฮโดรเจล

ที่มาของภาพ https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30494-3

อย่างไรก็ตาม การเลือกใช้แผ่นแอโรเจลเป็นฉนวนกันความร้อนอาจเป็นวัสดุที่มีราคาแพงเกินกว่าจะนำมาใช้ในทางปฏิบัติได้ หากนำไปใช้จริงอาจจะต้องมองหาวัสดุฉนวนชนิดอื่นที่มีราคาถูกและมีประสิทธิภาพดีพอ ๆ กันมาทดแทน

ขอขอบคุณข้อมูลจาก New Atlas